天然氣站場SCADA系統(tǒng)運行時的風險因素分析

李賀春

（唐山市天然氣有限公司，河北 唐山 063000）

0 引言

數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)被稱作SCADA系統(tǒng)，SCADA系統(tǒng)的基礎是計算機，可以自動化調(diào)度和控制實際生產(chǎn)過程。當前在電力和石油化工等行業(yè)中廣泛利用SCADA系統(tǒng)，這一系統(tǒng)可以實時采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，遠程和自動控制工作現(xiàn)場，全面、實時監(jiān)控供氣過程，進一步提高整體工作效率。

1 概述SCADA系統(tǒng)

SCADA系統(tǒng)指的是監(jiān)測監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，利用SCADA系統(tǒng)可以實時采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，遠程自動控制工業(yè)現(xiàn)場，全面、實時的監(jiān)視工藝流程，為生產(chǎn)調(diào)度工作提供可靠性數(shù)據(jù)。SCADA系統(tǒng)的基礎是計算機，構建生產(chǎn)控制和調(diào)度自動化系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)可以監(jiān)視和控制現(xiàn)場運行設備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和測量等工作[1]。

不同領域?qū)τ赟CADA系統(tǒng)的要求是不同的，當前在電力系統(tǒng)中廣泛利用SCADA系統(tǒng)，相關技術也發(fā)展的較為成熟。SCADA系統(tǒng)是能量管理系統(tǒng)重要的一部分，可以獲取完整的信息，同時可以提高整體工作效率，明確系統(tǒng)運行狀態(tài)，為決策工作提供基礎，在電力調(diào)度工作中發(fā)揮著重要的作用，可以保障電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性和安全性，降低調(diào)度人員的工作負擔，提高電力調(diào)度工作的現(xiàn)代化水平，保障調(diào)度工作的效率。

在天然氣站場中SCADA系統(tǒng)也發(fā)揮著重要的作用，可以安全可靠的供氣，高效調(diào)度管理天然氣輸配氣。天然氣站場SCADA系統(tǒng)不斷發(fā)展，在計算機技術的支持下，不斷研發(fā)引進先進的SCADA產(chǎn)品和設備，促進天然氣行業(yè)SCADA系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展[2]。

2 天然氣站場SCADA系統(tǒng)設計

2.1 SCADA系統(tǒng)各項功能模塊

（1）流量計算機參數(shù)查看功能：利用人機交互界面流程圖，可以同步獲取現(xiàn)場流量計算機的數(shù)據(jù)，站場工作人員可以有效觀測天然氣流速，并且合理的控制速度，順利完成站場生產(chǎn)任務。

（2）工藝系統(tǒng)參數(shù)查功能：利用人機交互界面流程圖可以顯示出各類設備的參數(shù)，例如天然氣輸配過程中的溫度和壓力以及壓差等，同時可以顯示出壓力容器的壓力和可燃氣濃度等。利用這項功能，工作人員可以及時查看站場的運行情況，順利落實站場天然氣生產(chǎn)工作[3]。

（3）交換操作權限：利用交換操作權限功能，不同用戶都可以順利登陸，因為工作人員的差異性，導致具體的操作權限也是不同的。計量人員和操作人員要分別登陸系統(tǒng)，二者獲取功能具有一定的差異性，例如計算人員沒有權限操作設備，這樣可以避免發(fā)生操作誤差，降低了工作風險。

（4）開關閥操作：天然氣站場工作人員可以實現(xiàn)遠程操作，因此改變工作閥門的工作狀態(tài)。發(fā)揮遠程操作的作用，可以改變工作流程閥門的工作狀態(tài)，避免在工作現(xiàn)場發(fā)生危險情況。

（5）組分設定功能：如果天然氣組分發(fā)生了變化，工作人員可以利用計量儀表顯示出天然氣組分情況，同時修正天然氣組分值。利用這種功能優(yōu)化遠程操作的效果，工作人員無需來到工作現(xiàn)場修正，可以有效避免工作現(xiàn)場發(fā)生安全問題[4]。

（6）報表查詢功能：利用報表查詢功能，可以獲取時間數(shù)據(jù)，管理人員通過實時管理數(shù)據(jù)，確定天然氣動態(tài)生產(chǎn)情況，同時可以自動生成報表，避免因為人為失誤影響到填表準確性，節(jié)省了人力支出，同時可以降低工作成本。

（7）曲線查詢功能：利用曲線查詢功能可以確定天然氣生產(chǎn)工藝參數(shù)的變化情況，明確具體工藝的變化規(guī)律，有效指導天然氣生產(chǎn)工作，保障天然氣生產(chǎn)工作的科學性。工作人員結合趨勢變化曲線，可以及時發(fā)現(xiàn)天然氣生產(chǎn)過程中的問題，及時糾正不合理的工況技術，避免發(fā)生生產(chǎn)事故。

（8）實時報警查看功能：利用這一功能可以查看工藝異常情況，明確異常情況的具體發(fā)生原因，同時可以判斷異常情況的嚴重程度，從而采取針對性的解決措施，維持天然氣站場設備運行的穩(wěn)定性。

（9）地圖索引功能：利用這一功能可以直觀的展示出天然氣站場的地理情況，工作人員利用地圖索引功能可以有效切換天然氣站場不同工藝流程的界面，有效操作天然氣站場設備，明確不同工藝站場的實時工況[5]。

（10）用戶管理工功能和權限管理功能：根據(jù)具體的職責可以合理劃分用戶，不同用戶的使用權限是不同的，通過用戶管理功能，可以合理增加和變更以及刪除用戶，此外可以提供密碼變更功能。

2.2 分析系統(tǒng)架構圖

圖1 SCADA系統(tǒng)架構圖

（1）調(diào)度中心控制等級：在調(diào)度中心可以利用遠程控制方式有效監(jiān)測站場，進一步提高平臺調(diào)度管理工作的統(tǒng)一性，此外利用這項功能有利于實現(xiàn)工作站報警，具體包括實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)查詢以及打印等功能[6]。

（2）站場控制等級：在每個天然氣場站中設置站場控制等級，利用占空系統(tǒng)可以實時監(jiān)控站場設備的工作狀態(tài)和工藝變量，同時可以采集并且處理數(shù)據(jù)。需要在天然氣站場中設置操作員站和工程師站，有效監(jiān)控和處理站場相關數(shù)據(jù)。

3 天然氣站場SCADA系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 實現(xiàn)調(diào)度中心系統(tǒng)

調(diào)度中心主要包括中心總覽部分和站場詳細信息部分以及用戶管理部分。調(diào)控中心監(jiān)控系統(tǒng)屬于天然氣站場SCADA系統(tǒng)的核心，操作人員利用中心組態(tài)畫面，可以明確管網(wǎng)實時狀態(tài)。中心系統(tǒng)的DAServer可以連接各個站場的PLC，因此建立獨特的數(shù)據(jù)系統(tǒng)。利用主索引圖可以切換不同站場，這樣可以發(fā)揮監(jiān)視作用，并且可以管理用戶和權限，此外利用調(diào)度中心的SCADA可以切換中控和操作權限。

3.2 實現(xiàn)站場系統(tǒng)

天然氣站場控制系統(tǒng)主要包括你前端采集模塊和集中采集控制器以及監(jiān)控主機等部分。數(shù)據(jù)采集控制器主要是負責收集整理PLC下層的相關數(shù)據(jù)，并且向監(jiān)控主機傳輸。前端數(shù)據(jù)采集模塊主要是利用I/O模塊，不同I/O模塊可以適應不同類型的連接方式，同時也可以連接底層現(xiàn)場的設備。這一系統(tǒng)采取高性能技術指標，在惡劣的工作環(huán)境中，控制器和相關模塊都可以穩(wěn)定運行，同時可以更加靈活的設計相關版面。

3.3 實現(xiàn)就地控制

現(xiàn)場控制軟件主要是利用以太網(wǎng)等方式傳輸數(shù)PLC和ADAM的數(shù)據(jù)，可以獲取控制器中的數(shù)據(jù)，同時可以向下層發(fā)布具體的工作指令，促使控制器控制地層設備的運行情況，優(yōu)化整體工作過程。

4 天然氣站場SCADA系統(tǒng)運行過程風險控制措施

為了保障天然氣站場SCADA系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，在工程設計階段，設計人員需要設計獨立的安全儀表系統(tǒng)，如果發(fā)生了天然氣泄漏和火災等事故，可以立即截斷天然氣站場管道主線路，并且放空站內(nèi)的天然氣，維護工作人員和設備的安全性，避免進一步擴大問題。利用安全儀表系統(tǒng)可以有效降低風險，主要包括你喜愛農(nóng)場檢測儀表和邏輯結算單元以及動作執(zhí)行機構三個部分，如果生產(chǎn)工況發(fā)生異常問題，安全儀表系統(tǒng)開保障生產(chǎn)安全狀態(tài)，系統(tǒng)發(fā)生故障，安全儀表系統(tǒng)可以發(fā)揮安全功能，避免中斷生產(chǎn)過程。衡量安全儀表系統(tǒng)的過程中，需要參考安全性和可用性。在天然氣站場安全儀表系統(tǒng)當中，現(xiàn)場監(jiān)測儀表主要包括可燃氣體探測器和緊急關斷按鈕等。邏輯解算單元利用Safety Manager作為控制中心，利用冗余控制器搭配I/O結構模式，同時還配置了電動執(zhí)行機構[7]。

科學技術不斷發(fā)展，在天然氣戰(zhàn)場中開始利用先進的電氣自動化設備，在天然氣戰(zhàn)場中廣泛安裝了壓力變送器和電動執(zhí)行機構以及電磁閥等。結合天然氣生產(chǎn)需求，電氣自動化設備需要實現(xiàn)可持續(xù)性工作，如果電氣自動化設備發(fā)生設備，天然氣站場的生產(chǎn)運行都會因此受到影響。因此需要在源頭保障電氣自動化設備的可靠性，選擇優(yōu)秀的生產(chǎn)廠家，同時要選擇性能穩(wěn)定的元器件，滿足現(xiàn)場環(huán)境安裝要求，避免盲目的追求高精尖產(chǎn)品，合理節(jié)約生產(chǎn)資源。

近些年我國不斷發(fā)展天然氣站場自動化水平，但是在系統(tǒng)運行過程中，仍舊需要工作人員監(jiān)視和操作站控系統(tǒng)。工作人員需要利用工程師操作站和通信處理機操作系統(tǒng)，保障燃氣管網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。因為一些工作人員綜合素質(zhì)有待提升，在系統(tǒng)操作維護階段，只是結合工作經(jīng)驗處理故障[8]，很容易損壞電氣自動化設備，甚至會威脅站場運行的安全性。要想實現(xiàn)安全生產(chǎn)，需要提高工作人員的專業(yè)素質(zhì)，加強員工技能培訓，降低操作故障的發(fā)生率。

5 結語

在我國經(jīng)濟發(fā)展過程中，天然氣行業(yè)發(fā)揮著基礎作用，可以促進我國社會經(jīng)濟建設可持續(xù)發(fā)展。在天然氣戰(zhàn)場中構建SCADA系統(tǒng)，可以全程監(jiān)控和調(diào)度天然氣輸配系統(tǒng)，使輸配系統(tǒng)的運行效率因此提高，保障天然氣管道運輸?shù)陌踩?，實現(xiàn)天然氣行業(yè)安全生產(chǎn)。